(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水中の懸濁物質を粒状物と凝集剤の添加によりフロックとして凝集させる凝集槽と、凝集槽からの導入水中のフロックを沈降させ処理水とスラリーとに分離する沈澱槽と、沈澱槽から抜き出したスラリーを汚泥と粒状物とに分離し、分離した粒状物を凝集槽に戻す分離器とを備えた凝集沈澱装置において、分離器で分離した汚泥をさらに気泡の浮上により濃縮汚泥と循環処理水とに分離し、循環処理水を原水側に戻す浮上分離手段からなる濃縮手段を設けるとともに、該濃縮手段と前記分離器の間に、高分子凝集剤添加手段を設けたことを特徴とする凝集沈澱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水中の懸濁物質を粒状物と凝集剤を添加して凝集沈澱により汚泥と処理水とに分離する凝集沈澱装置に関し、とくに凝集沈澱により分離した汚泥を効率よくさらに濃縮できるようにした凝集沈澱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原水中に懸濁している物質（以下、ＳＳ[Suspended Solid] と称することもある。）を沈澱により分離除去する装置が知られている。従来の原水中のＳＳを除去するための凝集沈澱装置として、原水に単に凝集剤を添加して凝集物を沈澱させ、凝集物を汚泥として引き抜くとともに上部から処理水を導出するようにした装置はよく知られている。このような一般的な凝集沈澱装置では、凝集物の沈澱に長時間を要し、沈澱槽としても極めて大型のものが要求されることから、より効率よく凝集沈澱を行わせるようにした凝集沈澱装置が提案されている。
【０００３】
たとえば、原水中のＳＳを除去するための凝集沈澱装置として、原水に粒径１０〜２００μｍ程度の粒状物（砂）と高分子凝集剤を添加して原水中のＳＳとともにフロックを形成させる凝集槽と、フロック形成槽（凝集槽）から流出するフロックを処理水と分離する沈澱槽と、沈澱槽から引き抜いた沈降フロック（スラリー）を砂と汚泥に分離する分離器（サイクロン）とから構成される装置が知られている。
【０００４】
このような凝集沈澱装置においては、サイクロンの上部出口から排出される汚泥は比較的濃度が低く、その後の工程で汚泥濃縮処理を円滑に行うことが困難であるため、また、凝集沈澱処理に用いる無機凝集剤による反応を促進させるために、先に本出願人により、上記サイクロンの上部出口からの汚泥ラインに分級塔を設置する構造が提案されている（特開２０００−３１７２２０号公報）。
【０００５】
たとえば図３に示すように、予備凝集槽１０１に導入された原水１０２に無機凝集剤１０３を添加して攪拌機１０４で攪拌し、その原水に高分子凝集剤１０５を添加して凝集槽１０６に導入し、攪拌機１０７で攪拌して粒状物（砂）１１５とともにフロック１０８を形成させ、その被処理水を沈澱槽１０９に導入して汚泥を沈降分離するとともに、傾斜板１１０を介して上部から処理水１１１を得る。沈澱槽１０９の下部から汚泥引抜ポンプ１１２によりスラリーを引き抜き、ライン１１３を介して分離器としてのサイクロン１１４に送って汚泥と粒状物とに分離し、分離した粒状物１１５を凝集槽１０６に戻す。また、サイクロン１１４上部出口からは、分離された汚泥が分級塔１１６に送られ、そこで重力により濃縮汚泥１１７と、上部からの循環処理水１１８とに分離され、循環処理水１１８が原水側に戻されるようになっている。この提案装置では、サイクロンで分離された汚泥を、さらに濃縮汚泥と、原水側へと戻される循環処理水とに分級させ、この濃縮汚泥を後段の汚泥濃縮工程に送るようにしている。
【０００６】
また、未だ出願未公開の段階にあるが、先に本出願人により、上記分級塔に代えて、気泡の浮上により濃縮汚泥と循環処理水とに分離する浮上分離槽を設けた構造も提案されている（特願２０００−２７９０２０号）。この提案装置では、原水中のＳＳが生物汚泥のような沈降しにくい成分の場合、サイクロンから排出されてくる汚泥をさらに効率よく濃縮することが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記のような凝集沈澱装置においては、沈澱槽から引き抜いた粒状物（砂）を含んだ汚泥（スラリー）を汚泥引抜ポンプで移送してサイクロンで汚泥と砂に分離すると、汚泥が強く攪拌される、破壊、微細化されたフロックとなるため、分級塔や浮上分離槽での汚泥濃縮性が悪くなり、後段の汚泥貯槽に送られる濃縮汚泥の濃度が薄くなる。その結果、汚泥貯槽の容量や濃縮汚泥をさらに脱水機に移送するポンプを大型化する必要が生じ、さらには汚泥貯槽等において濃縮汚泥に添加する高分子凝集剤の添加量が増加するという問題が残されている。
【０００８】
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、分離器で分離された汚泥を分級塔や浮上分離槽などの濃縮手段で濃縮するに際し、より効率よく濃縮できるようにし、それによって濃縮手段から送られてくる濃縮汚泥の汚泥貯槽や脱水機における処理を容易なかつ効率のよいものにするとともにそれらの大型化を抑制することが可能な凝集沈澱装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る凝集沈澱装置は、原水中の懸濁物質を粒状物と凝集剤の添加によりフロックとして凝集させる凝集槽と、凝集槽からの導入水中のフロックを沈降させ処理水とスラリーとに分離する沈澱槽と、沈澱槽から抜き出したスラリーを汚泥と粒状物とに分離し、分離した粒状物を凝集槽に戻す分離器とを備えた凝集沈澱装置において、分離器で分離した汚泥をさらに気泡の浮上により濃縮汚泥と循環処理水とに分離し、循環処理水を原水側に戻す浮上分離手段からなる濃縮手段を設けるとともに、該濃縮手段と前記分離器の間に、高分子凝集剤添加手段を設けたことを特徴とするものからなる。
【００１１】
また、高分子凝集剤添加手段により添加する凝集剤としては、アニオン、ノニオン、カチオン性の凝集剤等のいずれのものでも使用できるが、凝集槽に添加する高分子凝集剤がアニオンもしくはノニオン性の場合は、カチオン性の高分子凝集剤を用いると、そのイオン性が故により密に反応するため、濃縮性が一層向上する。
【００１２】
このような本発明に係る凝集沈澱装置は、原水のＳＳ分に比較して無機凝集剤が多い場合や重金属のアルカリ凝集沈澱を行う場合等の濃縮しずらいフロックが生成される場合に特に有効である。
【００１３】
上記のような本発明に係る凝集沈澱装置においては、分離器で分離された汚泥は、濃縮手段へと送られ、さらに濃縮されて濃縮汚泥とされるが、分離器と濃縮手段の間で高分子凝集剤が添加されるので、汚泥引抜ポンプや分離器で破壊、微細化されたフロックが高分子凝集剤によって再凝集し、フロックが大きく密に成長して濃縮性が向上する。したがって、この高分子凝集剤が添加された後に濃縮手段で分離される汚泥は、十分に濃い濃縮汚泥となる。その結果、この濃縮手段の後段に設けられる汚泥貯槽の容量や、濃縮汚泥を脱水機に移送するポンプの大型化は回避され、コスト増大等を招くことなく、容易に処理や移送を効率よく行うことが可能になる。また、この濃縮汚泥は十分に濃いものとされているので、脱水機前で高分子凝集剤を添加する場合にも、その添加量を減少することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１参考態様に係る凝集沈澱装置を示している。図１において、凝集沈澱装置１は、凝集槽２と、それに隣接配置された沈澱槽３を備えている。原水５は、原水供給ライン４を介して予備凝集槽７に供給され、そこで無機凝集剤６が添加される。予備凝集槽７には、モータ８によって駆動される攪拌機９が設けられており、攪拌機９で攪拌された後、凝集槽２に送られるときにさらに高分子凝集剤１０が注入されるようになっている。
【００１５】
凝集槽２内には、粒状物としての砂１１が添加される。凝集槽２には、モータ１２によって駆動される攪拌機１３が設けられており、攪拌機１３による攪拌によって原水中の懸濁物質が、無機凝集剤６、高分子凝集剤１０、砂１１を含むフロックとして凝集、成長される。
【００１６】
この凝集においては、無機凝集剤６が懸濁物質を凝集させて微細なフロックを生成させ、それに高分子凝集剤１０が絡まってより大きなフロックに成長させ、成長したフロックには比重の大きい粒状物としての砂１１が含有され、全体として比較的大きな、比重の大きい沈降しやすいフロックに成長する。
【００１７】
成長した凝集フロック１４を含む被処理水は、越流ぜき１５を介して沈澱槽３へと導入される。沈澱槽３では、導入水中のフロックが下方に沈降され、沈降されたフロックは上方の処理水１６に対して分離される。沈澱槽３内の上部には、複数の傾斜板１７が並設されており、処理水１６とともにフロックが流出するのを抑制している。
【００１８】
沈澱槽３の底部には、沈降されたフロックを引き抜くための引抜ライン１８が接続されており、汚泥引抜ポンプ１９によって、沈降した凝集フロックを含む汚泥スラリーが引き抜かれる。引き抜かれたスラリーは、分離器としてのサイクロン２０に送られ、サイクロン２０内における遠心分離により、汚泥２１と砂１１とに分離される。分離された砂１１は、サイクロン２０の下部出口２２から再び凝集槽２内に戻されて循環再使用される。
【００１９】
サイクロン２０で分離され、サイクロン２０の上部出口２３から排出された濃縮前の汚泥２１は、導出ライン２４を介して、濃縮手段２５に送られる。本参考態様では、濃縮手段２５は、導入されてくる汚泥を、重力により濃縮汚泥２６と循環処理水２７とに分級する分級塔（分級手段）に構成されている。濃縮汚泥２６は、汚泥送給ライン２８を介して後段の汚泥貯槽、さらには脱水機へと送られるようになっている（図示略）。循環処理水２７は、返送ライン２９を介して原水側に、本参考態様では予備凝集槽７へと戻されるようになっている。
【００２０】
上記サイクロン２０の上部出口２３と分級塔２５との間に、高分子凝集剤添加手段３０が設けられ、分級塔２５に導入される前の汚泥に、導出ライン２４にて高分子凝集剤３１がライン注入されるようになっている。
【００２１】
図２は、本発明の第２実施態様に係る凝集沈澱装置４１を示している。本実施態様では、上記第１参考態様に比べ、濃縮手段に、気泡の浮上により濃縮汚泥と循環処理水とに分離する浮上分離槽４２（浮上分離手段）が設けられている。サイクロン２０の上部出口２３から浮上分離槽４２への汚泥の導出ライン４３に、浮上分離用水供給ライン４４が合流されている。浮上分離槽４２は、本実施態様では、内筒４５と外筒４１を有し、外筒４５の外側に浮上分離槽４２の槽壁４７が位置する構造となっている。汚泥導出ライン４３と合流された浮上分離用水供給ライン４４は、内筒４５内に臨むように接続されており、この内筒４５内で浮上分離のための気泡が浮上される。内筒４５の上方および外筒４６内上部には、浮上分離処理によって分離されたスカム４８が集められ、濃縮汚泥４９として後段の汚泥貯槽、さらには脱水機へと送られるようになっている（図示略）。
【００２２】
浮上分離槽４２の底部からは、該底部に沈降してきた汚泥５０が引き抜かれる。この汚泥５０は、上記浮上分離槽４２の上部からの濃縮汚泥４９と合流させて後段の処理に供してもよいし、別個に処理してもよい。また、外筒４６と槽壁４７との間の上部から、汚泥と分離された循環処理水としての浮上分離処理水５１が浮上分離処理水返送ライン５２を介して予備凝集槽７に戻され、凝集沈澱系へと循環されるようになっている。
【００２３】
浮上分離用水供給ライン４４には、浮上分離のための気泡生成用の空気５３が注入されるようになっており、本実施態様では加圧空気として注入される。また、浮上分離用水供給ライン４４には、加圧ポンプ５４と加圧タンク５５が設けられており、注入された空気を所定の加圧状態にした後、内筒４５内に供給される際に急激に減圧状態（大気圧状態）に解放して、気泡を生成できるようになっている。
【００２４】
浮上分離用水供給ライン４４に供給する水は、別の系から採水することも可能であるが、沈澱槽３からの処理水１６のラインから分岐して処理水１６の一部を利用するのが効率がよい。
【００２５】
上記サイクロン２０の上部出口２３と浮上分離槽４２との間に、高分子凝集剤添加手段５６が設けられ、汚泥導出ライン４３中の汚泥に、浮上分離用水供給ライン４４の合流前の位置にて、高分子凝集剤５７がライン注入されるようになっている。
【００２６】
その他の構成は、実質的に図１に示した第１参考態様と同じであるので、図１と同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００２７】
上記のように構成された第１参考態様、第２実施態様に係る凝集沈澱装置１、４１においては、サイクロン２０から分級塔２５や浮上分離槽４２に導入される前の段階で、汚泥に高分子凝集剤３１、５７が添加されるので、汚泥引抜ポンプ１９やサイクロン２０で破壊、微細化されたフロックが添加された高分子凝集剤により再凝集され、フロックが大きく密に成長された形態にて分級塔２５や浮上分離槽４２に送られることになる。したがって、分級塔２５や浮上分離槽４２における汚泥濃縮性が大幅に向上され、そこから排出される濃縮汚泥の濃度が大幅に高められる。
【００２８】
その結果、後段に設けられる汚泥貯槽の容量は小さくて済み、脱水機に移送するポンプも大型化する必要はなくなる。また、この後段の処理で高分子凝集剤を添加する場合、たとえば脱水機直前で高分子凝集剤を添加する場合には、その高分子凝集剤の添加量も少なくて済むことになる。
【００２９】
【実施例】
図１に示したのと同等の構成の試験機を用い、懸濁物質としてカオリンを原水に添加した人工濁水に、無機凝集剤としてＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）を注入し、凝集槽に砂および高分子凝集剤を注入し、以下の条件で実験した。濃縮汚泥は、濃縮手段からの抜き出し量を調節し、濃縮汚泥濃度が最大となるときの濃度を測定した。
〔実験機〕    予備凝集槽容量：２００リットル
凝集槽容量    ：５００リットル
沈澱槽        ：５００ｍｍ□×３０００ｍｍＨ（傾斜板付き）
濃縮槽（濃縮手段）：３００ｍｍΦ×２５００ｍｍＨ
〔運転条件〕  原水流量      ：１０ｍ3 ／ｈ
汚泥引き抜き量：０．４５ｍ3 ／ｈ
サイクロン上部出口からの流量：０．３２ｍ3 ／ｈ
カオリン添加量：２０ｍｇ／ｌ
実験結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
0004535419.tif 000002
【００３１】
表１に示したように、参考例１、２では、比較例１、２よりも濃縮汚泥濃度が高くなり、原水のＳＳに対してＰＡＣ添加量が多い方がその効果は大きかった。参考例３では、比較例３と高分子凝集剤の使用量がほぼ同量であるが、濃縮汚泥濃度は高くなった。参考例４では、サイクロン上部出口側に添加する高分子凝集剤がアニオン性高分子凝集剤の時（実施例２）より、濃縮汚泥濃度が高くなった。
【００３２】
なお、本発明において使用される無機凝集剤や高分子凝集剤については、とくに限定されないが、無機凝集剤としては、たとえばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化第二鉄、硫酸第二鉄を使用でき、高分子凝集剤としては、たとえばノニオン性、アニオン性、カチオン性あるいはノニオン性とアニオン性、ノニオン性とカチオン性の両性の高分子凝集剤を用いることができる。これら高分子凝集剤の代表的なものとしては、たとえば、ポリアクリルアミド系のアニオン性あるいはカチオン性の高分子凝集剤を挙げることができる。高分子凝集剤の分子量の範囲は特に限定されないが、５００万〜２０００万の範囲が好ましい。これらの高分子凝集剤は、単独で又は混合物として用いることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の凝集沈澱装置によれば、分離器で分離された汚泥を浮上分離手段の濃縮手段で濃縮する前に高分子凝集剤を添加し、それによって濃縮手段でより濃度の高い濃縮汚泥へと濃縮できるようにしたので、後段での処理を容易化でき、汚泥貯槽の容量を小さく抑えることができるとともに、脱水機等への移送ポンプを小型化することができる。
【００３４】
また、濃縮汚泥の濃度が高いので、たとえば脱水機直前で高分子凝集剤を添加する場合等においては、その添加量を低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考態様に係る凝集沈澱装置の全体構成図である。
【図２】  本発明の第２実施態様に係る凝集沈澱装置の全体構成図である。
【図３】  本出願人が先に提案した凝集沈澱装置（特開２０００−３１７２２０号）の全体構成図である。
【図１】
0004535419.tif 000003
【図２】
0004535419.tif 000004
【図３】
0004535419.tif 000005